Lasertöötluse optilise süsteemi lahendus

Lasertöötluse optilise süsteemi lahendus
Selle kindlaksmääraminelasertöötlusOptilise süsteemi lahendus sõltub konkreetsest rakendusstsenaariumist. Erinevad stsenaariumid viivad optilise süsteemi erinevate lahendusteni. Konkreetsete rakenduste jaoks on vaja spetsiifilist analüüsi. Optiline süsteem on näidatud joonisel 1:

Mõttetee on järgmine: konkreetsed protsessieesmärgid –laseromadused – optilise süsteemi skeemi ülesehitus – lõppeesmärgi saavutamine. Järgnevalt on toodud mitu erinevat rakendusvaldkonda:
1. Täppismikrotöötluse valdkond (märgistamine, söövitamine, puurimine, täpne lõikamine jne). Täppismikrotöötluse valdkonnas on tüüpilised protsessid mikromeetriline töötlemine sellistel materjalidel nagu metallid, keraamika ja klaas, näiteks mobiiltelefonide logode märgistamine, meditsiinilised stendid, gaasikütuse sissepritseotsikute mikroaugud jne. Töötlemisprotsessi põhinõue on: esiteks peab see vastama äärmiselt väikestele fokuseeritud valguslaikudele, äärmiselt suurele energiatihedusele ja väikseimale termilise mõju tsoonile jne. Ülaltoodud rakenduste ja nõuete jaoks on valik ja disainlaservalgusallikadja muud komponendid teostatakse.
a. Laseri valik: Eelistatud ultraviolett-/roheline tahke laser (nanosekundiline) või ülikiire laser (pikosekundiline, femtosekundiline) on peamiselt tingitud kahest põhjusest. Esiteks on lainepikkus proportsionaalne fokuseeritud valguslaiguga ja üldiselt valitakse lühike lainepikkus. Teiseks on pikosekundilistel/femtosekundilistel impulssidel "külmtöötluse" omadus ja energia töötlemine toimub enne termilist difusiooni, saavutades külmtöötluse. Üldiselt valitakse ruumilise valgusväljundiga laservalgusallikas, mille kiire kvaliteeditegur M2 on üldiselt alla 1,1, mis tagab parema kiire kvaliteedi.
b. Kiire laiendussüsteemid ja kollimeerimissüsteemid kasutavad tavaliselt muudetava suurendusega kiire laiendusläätsi (2X – 5X), püüdes kiire läbimõõtu võimalikult palju suurendada. Kiire läbimõõt on pöördvõrdeline fokuseeritud valguslaiguga ja üldiselt kasutatakse Galilei kiire laienduse arhitektuuri.
c. Fokuseerimissüsteem kasutab tavaliselt suure jõudlusega F-Theta läätsesid (skaneerimiseks) või teletsentrilisi fokuseerimisläätsi. Fookuskaugus on proportsionaalne fokuseeritud valguslaiguga ja üldiselt kasutatakse lühikese fookuskaugusega väljaläätsi (näiteks f = 50 mm, 100 mm). Nagu joonisel 1 näidatud: üldiselt kasutab väljalääts mitmeelemendilist läätsede rühma (läätsede arv ≥ 3), mis võimaldab saavutada suure vaatevälja, suure ava ja madala aberratsiooni näitajad. Kõik optilised läätsed peavad arvestama laseri kahjustuslävega.
d. Koaksiaalne jälgimisoptiline süsteem: Optilises süsteemis on tavaliselt integreeritud koaksiaalne nägemissüsteem (CMOS) täpseks positsioneerimiseks ja töötlemisprotsessi reaalajas jälgimiseks.
2. Makromaterjalide töötlemine Makromaterjalide töötlemise tüüpilised rakendusstsenaariumid hõlmavad autotööstuse lehtmaterjalide lõikamist, laevakerede terasplaatide keevitamist ja akukorpuste keevitamist. Need protsessid nõuavad suurt võimsust, suurt läbitungimisvõimet, suurt efektiivsust ja töötlemise stabiilsust.
3. Laserlisandite tootmine (3D-printimine) ja fassaadikatted Laserlisandite tootmine (3D-printimine) ja fassaadikatte rakendused hõlmavad tavaliselt järgmisi tüüpilisi protsesse: lennunduse ja kosmosetööstuse keerukate metallide trükkimine, mootorilabade remont jne.
Põhikomponentide valik on järgmine:
a. Laseri valik: Üldiseltsuure võimsusega kiudlaseridvalitakse, mille võimsus on tavaliselt üle 500 W.
b. Kiire kujundamine: See optiline süsteem peab väljastama lameda ülaosaga valgust, seega on kiire kujundamine põhitehnoloogia ja seda saab saavutada difraktsiooniliste optiliste elementide abil.
c. Fokuseerimissüsteem: 3D-printimise valdkonna põhinõuded on peeglid ja dünaamiline fokuseerimine. Samal ajal peab skaneerimislääts kasutama objektipoolset teletsentrilist disaini, et tagada servade ja keskpunktide töötlemise järjepidevus.